JP2000028436A - Thermal infrared-ray detecting circuit - Google Patents
Thermal infrared-ray detecting circuitInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、熱型赤外線の検出
回路に関し、特に、熱型赤外線検出素子の動作温度やバ
イアス回路の温度の変動に対して出力電圧がドリフトし
ない熱型赤外線の検出回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal infrared detecting circuit, and more particularly to a thermal infrared detecting circuit in which the output voltage does not drift with respect to fluctuations in the operating temperature of a thermal infrared detecting element and the temperature of a bias circuit. About.
【０００２】[0002]
【従来の技術】センサの機能を有する抵抗体と参照用抵
抗をホイートストンブリッジ回路に組む方法は従来よく
知られている。T.Wilbanks et al. (IEEE Transactions
on Nuclear Science, Vol. 37, No.2, 1990, pp.566-5
72)は、０．３Ｋという極低温で動作するＧｅ：Ｇａボ
ロメータ型赤外線検出素子を上記のホイートストンブリ
ッジ回路に適用した。2. Description of the Related Art A method of assembling a resistor having a sensor function and a reference resistor in a Wheatstone bridge circuit has been well known. T. Wilbanks et al. (IEEE Transactions
on Nuclear Science, Vol. 37, No. 2, 1990, pp.566-5
72) applied a Ge: Ga bolometer type infrared detecting element operating at an extremely low temperature of 0.3 K to the above-mentioned Wheatstone bridge circuit.
【０００３】図２は、彼らの赤外線検出回路を示す。同
回路は、ホイートストンブリッジ回路、同回路に交流バ
イアス電圧を印加する電源６、差動増幅器７、同期整流
を行うロックインアンプ８で構成されている。ホイート
ストンブリッジ回路は、２つのＧｅ：Ｇａボロメ−タ
１、２のうち、ボロメ−タ１が赤外線検出用に用いら
れ、ボロメ−タ２は基準抵抗（この抵抗は、本発明の実
施形態では比較抵抗という用語で記述されている）とし
て用いられている。比例辺は抵抗体３、４及び調整用抵
抗５によって構成されている。FIG. 2 shows their infrared detection circuit. The circuit includes a Wheatstone bridge circuit, a power supply 6 for applying an AC bias voltage to the circuit, a differential amplifier 7, and a lock-in amplifier 8 for performing synchronous rectification. In the Wheatstone bridge circuit, of the two Ge: Ga bolometers 1 and 2, the bolometer 1 is used for infrared detection, and the bolometer 2 is a reference resistor (this resistor is compared with the embodiment of the present invention. (Described in terms of resistance). The proportional side is constituted by resistors 3 and 4 and an adjusting resistor 5.
【０００４】この回路において、ホイートストンブリッ
ジ回路の検出端子に生成される不平衡電圧は差動増幅器
７によって増幅され、差動増幅器７によって増幅された
不平衡電圧は、ロックインアンプ８によって交流バイア
ス電圧に同期して同期整流される。同期整流された信号
は赤外線検出信号として出力される。図２の回路におい
ては、ヘッドアンプ１０が、２つのボロメ−タをインピ
−ダンス変換するために用いられている。しかし、ボロ
メ−タの抵抗が低い場合には、ヘッドアンプ１０は不必
要である。In this circuit, an unbalanced voltage generated at a detection terminal of a Wheatstone bridge circuit is amplified by a differential amplifier 7, and the unbalanced voltage amplified by the differential amplifier 7 is converted to an AC bias voltage by a lock-in amplifier 8. And synchronously rectified. The synchronously rectified signal is output as an infrared detection signal. In the circuit of FIG. 2, a head amplifier 10 is used for impedance conversion of two bolometers. However, when the resistance of the bolometer is low, the head amplifier 10 is unnecessary.
【０００５】図２のようなブリッジ回路は、電気特性、
特に、電気特性の温度係数（温度変化に対する電気特性
の変化）がそろったボロメ−タ対を選ぶことによって、
ボロメ−タの動作温度が多少変化しても差動増幅器の出
力がドリフトしないようにすることができる。[0005] A bridge circuit as shown in FIG.
In particular, by selecting a bolometer pair having a uniform temperature coefficient of electric characteristics (change in electric characteristics with temperature change),
Even if the operating temperature of the bolometer slightly changes, the output of the differential amplifier can be prevented from drifting.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】前掲のWilbanks et a
l.の回路においては、ボロメータの動作温度の変動に起
因する信号ドリフトはブリッジ回路によって相殺するこ
とができる。しかし、ボロメ−タ１の赤外線感度はバイ
アス電圧に比例するので、ボロメータの動作温度の変動
に起因する信号ドリフトを補償するように抵抗５を調整
しても、、交流バイアス電圧の振幅が変動すると不平衡
電圧（したがって、差動増幅器またはロックインアンプ
の出力）が変化し、その結果、赤外線検出回路の出力信
号が変化するという問題点がある。[Problems to be Solved by the Invention] Wilbanks et a
In the circuit of l., the signal drift caused by the fluctuation of the operating temperature of the bolometer can be canceled by the bridge circuit. However, since the infrared sensitivity of the bolometer 1 is proportional to the bias voltage, even if the resistance 5 is adjusted so as to compensate for the signal drift caused by the fluctuation of the operating temperature of the bolometer, if the amplitude of the AC bias voltage fluctuates. There is a problem that the unbalanced voltage (therefore, the output of the differential amplifier or the lock-in amplifier) changes, and as a result, the output signal of the infrared detection circuit changes.
【０００７】本発明の目的は、バイアス電圧が変動して
も赤外線検出回路の出力信号が変化しない熱型赤外線検
出回路を提供することにある。An object of the present invention is to provide a thermal infrared detection circuit in which the output signal of the infrared detection circuit does not change even if the bias voltage changes.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の熱型赤外線検出
回路は、ホイートストンブリッジを用いた赤外線検出回
路である。ホイートストンブリッジの第１の辺はボロメ
ータ型赤外線検出素子であり、第２の辺は比較抵抗（原
始のホイートストンブリッジの基準抵抗に該当する抵
抗）で成り、該比較抵抗は前記赤外線検出素子と同一
の、電気特性の温度係数（以下、電気特性温度係数と記
す）をもつ抵抗素子である。第３の辺、および第４の辺
は比例辺で、相互に同一の電気特性温度係数をもつ抵抗
素子で成る。ホイートストンブリッジの赤外線検出素子
に赤外線が入射したとき、該赤外線を吸収して加熱され
た赤外線検出素子の抵抗変化によって該ホイートストン
ブリッジの検出端子に不平衡電圧が発生する。この不平
衡電圧を検出して入射赤外線検出信号を生成する。The thermal infrared detection circuit of the present invention is an infrared detection circuit using a Wheatstone bridge. The first side of the Wheatstone bridge is a bolometer-type infrared detection element, and the second side is a comparison resistance (a resistance corresponding to the reference resistance of the original Wheatstone bridge), and the comparison resistance is the same as the infrared detection element. , A resistance element having a temperature coefficient of electric characteristics (hereinafter referred to as an electric characteristic temperature coefficient). The third side and the fourth side are proportional sides and are formed of resistance elements having the same temperature coefficient of electric characteristic. When infrared light enters the infrared detection element of the Wheatstone bridge, an unbalanced voltage is generated at the detection terminal of the Wheatstone bridge due to a change in resistance of the heated infrared detection element by absorbing the infrared light. By detecting this unbalanced voltage, an incident infrared detection signal is generated.
【０００９】本発明の赤外線検出回路は、不平衡電圧を
検出し、検出された不平衡電圧を、当該ホイートストン
ブリッジの電源端子に入力されている電源電圧（バイア
ス電圧）で除算し、その除算結果に比例した赤外線検出
信号を生成する。このようにして、バイアス電圧が変動
すると不平衡電圧変化するという問題が解決される。The infrared detection circuit of the present invention detects an unbalanced voltage, divides the detected unbalanced voltage by a power supply voltage (bias voltage) input to a power supply terminal of the Wheatstone bridge, and a result of the division Generates an infrared detection signal proportional to. In this way, the problem that the unbalanced voltage changes when the bias voltage changes is solved.
【００１０】また、本発明の赤外線検出回路のホイート
ストンブリッジは、第１の辺と第２の辺、第３の辺と第
４の辺が、それぞれ、同一の電気抵抗温度係数をもって
いるので、外界の温度変化によって、各辺の抵抗素子の
動作温度が変化し、その結果電気抵抗が変化しても、そ
れらの電気抵抗変化によって発生し得る不平衡電圧は相
互に補償し合い、結果として、ホイートストンブリッジ
の検出端子から、外界の温度変化に起因する不平衡電圧
が出力されることが防止される。したがって、信号処理
回路は、純粋にバイアス電圧の変動に起因する不平衡電
圧のみを処理対象とすればよいことになる。In the Wheatstone bridge of the infrared detecting circuit according to the present invention, the first side and the second side, and the third side and the fourth side have the same temperature coefficient of electric resistance, respectively. Changes in the operating temperature of the resistive element on each side, resulting in a change in the electrical resistance, the unbalanced voltages generated by the change in the electrical resistance mutually compensate, and as a result, Wheatstone An unbalanced voltage caused by a change in the external temperature is prevented from being output from the detection terminal of the bridge. Therefore, the signal processing circuit only needs to process only the unbalanced voltage caused by the fluctuation of the bias voltage.
【００１１】前掲のように、ホイートストンブリッジの
検出端子から出力される不平衡信号を外界の温度に対し
て温度補償するために、各辺の抵抗素子の抵抗温度係数
を揃える必要がある。また、周知のように、ホイートス
トンブリッジは４辺の抵抗が等しいときに感度が最高に
なる。したがって、ホイートストンブリッジの感度を高
く維持しながら外界の温度変化に対して温度補償された
出力信号を得るためには、 ａ）熱分離構造を有するボロメータ型赤外線検出素子が
第１の辺を構成するとき、第２の辺は、赤外線検出素子
と同じ材料で形成され熱分離構造を有するが赤外線に対
して感度をもたない素子であり、比例辺である第３、第
４の辺を構成する抵抗素子は、赤外線検出素子と同じ材
料で形成された熱分離構造をもたない素子であることが
できる（請求項３）。 ｂ）ボロメータ型赤外線検出素子は熱分離構造を有する
熱型赤外線検出素子であり、第２の辺は、赤外線検出素
子と同じ材料で形成され熱分離構造を有するが赤外線に
対して感度をもたない素子であり、比例辺である第３、
第４の辺を構成する抵抗素子は、前記赤外線検出素子と
同じ材料で形成された熱分離構造をもたない素子である
ことができる（請求項４）。 ｃ）ホイートストンブリッジ回路の各辺を構成する４つ
の素子のうち、ボロメータ型赤外線検出素子が熱分離構
造を有する熱型赤外線検出素子であり、第２、第３、第
４の辺を構成する抵抗素子は前記赤外線検出素子と同じ
材料で形成され熱分離構造をもたない素子であることが
できる（請求項５）。As described above, in order to compensate the temperature of the unbalanced signal output from the detection terminal of the Wheatstone bridge with respect to the external temperature, it is necessary to make the resistance temperature coefficients of the resistance elements on each side uniform. Also, as is well known, the Wheatstone bridge has the highest sensitivity when the resistances on the four sides are equal. Therefore, in order to obtain a temperature-compensated output signal with respect to a change in external temperature while maintaining the sensitivity of the Wheatstone bridge high: a) A bolometer-type infrared detecting element having a thermal isolation structure constitutes the first side. At this time, the second side is an element formed of the same material as the infrared detecting element and having a thermal isolation structure but having no sensitivity to infrared rays, and constitutes third and fourth sides that are proportional sides. The resistance element may be an element formed of the same material as the infrared detection element and having no thermal isolation structure (claim 3). b) The bolometer type infrared detecting element is a thermal type infrared detecting element having a heat separating structure, and the second side is formed of the same material as the infrared detecting element and has a heat separating structure, but has sensitivity to infrared rays. The third element, which is an element without
The resistance element constituting the fourth side may be an element having no thermal isolation structure formed of the same material as the infrared detection element (claim 4). c) Of the four elements constituting each side of the Wheatstone bridge circuit, the bolometer type infrared detecting element is a thermal type infrared detecting element having a thermal isolation structure, and the resistors forming the second, third and fourth sides are provided. The element may be an element formed of the same material as the infrared detecting element and having no thermal isolation structure (claim 5).
【００１２】これらａ），ｂ），ｃ）のうち、どれを選
択するかは、その赤外線検出回路を含むＩＣの製作条件
や、当該赤外線検出回路を使用する環境および目的によ
って定めることができる。Which one of these a), b) and c) is selected can be determined according to the manufacturing conditions of the IC including the infrared detection circuit, the environment and purpose of using the infrared detection circuit.
【００１３】このようにして、高い感度をもち、外界の
温度変化に対しても、バイアス電圧の変動に対しても、
安定した赤外線検出回路を得ることができる。[0013] In this manner, the sensor has high sensitivity, and is capable of responding to a change in external temperature and a change in bias voltage.
A stable infrared detection circuit can be obtained.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態を図面を
参照して詳細に説明する。図１は本発明の赤外線検出回
路の第１の実施形態を表す概略図である。本実施形態の
赤外線検出回路は、ホイートストンブリッジ回路、交流
バイアス電源６、差動増幅器７、ロックインアンプ８、
および割り算回路９を備えている。ホイートストンブリ
ッジ回路は、熱分離構造を有する熱型赤外線検出素子１
を第１の辺とし、熱型赤外線検出素子１と同じ材料で作
られていて赤外線に感度のない３つの素子２、３、４を
それぞれ第２、第３および第４辺として構成されてい
る。ホイートストンブリッジ回路のバイアス電圧入力端
子（第１辺と第２辺との接続点および第３辺と第４辺と
の接続点）は交流バイアス電源６に接続され、検出端子
（第１辺と第３辺との接続点および第２辺と第４辺との
接続点）は差動増幅器７に接続されている。差動増幅器
７の出力はロックインアンプ８によって同期整流された
後、不平衡信号として割算回路９に入力される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of the infrared detection circuit of the present invention. The infrared detection circuit of the present embodiment includes a Wheatstone bridge circuit, an AC bias power supply 6, a differential amplifier 7, a lock-in amplifier 8,
And a division circuit 9. The Wheatstone bridge circuit is a thermal infrared detecting element 1 having a thermal isolation structure.
Is a first side, and three elements 2, 3, and 4 made of the same material as the thermal infrared detecting element 1 and having no sensitivity to infrared rays are configured as second, third, and fourth sides, respectively. . A bias voltage input terminal (a connection point between the first side and the second side and a connection point between the third side and the fourth side) of the Wheatstone bridge circuit is connected to the AC bias power supply 6 and a detection terminal (the first side and the fourth side). The connection point between the three sides and the connection point between the second side and the fourth side) are connected to the differential amplifier 7. After the output of the differential amplifier 7 is synchronously rectified by the lock-in amplifier 8, it is input to the division circuit 9 as an unbalanced signal.
【００１５】割算回路９は、ロックインアンプ８の出力
電圧を交流バイアス電圧の振幅で除算し、その除算値に
比例する電圧を生成する。赤外線検出素子１の出力は、
交流バイアス電圧に比例して変化するので、ホイートス
トンブリッジ回路の出力を交流バイアス電圧の振幅で除
算することによって、交流バイアス電圧の変動によって
生じるホイートストンブリッジ回路の出力の変動を消去
することができる。The division circuit 9 divides the output voltage of the lock-in amplifier 8 by the amplitude of the AC bias voltage, and generates a voltage proportional to the divided value. The output of the infrared detecting element 1 is
Since the output changes in proportion to the AC bias voltage, the output of the Wheatstone bridge circuit can be eliminated by dividing the output of the Wheatstone bridge circuit by the amplitude of the AC bias voltage.
【００１６】割算回路９は、図示されていない除算器と
基準電圧源と乗算器を備えている。除算器は、不平衡信
号とバイアス電圧とを入力して該不平衡信号をバイアス
電圧で除算する。基準電圧源は、赤外線強度と除算器の
出力との間の比例関係を示す比例定数に対応する基準電
圧を出力し、乗算器は、除算器の出力に基準電圧を乗算
して赤外線検出信号として出力する。The dividing circuit 9 includes a divider, a reference voltage source, and a multiplier (not shown). The divider receives the unbalanced signal and the bias voltage and divides the unbalanced signal by the bias voltage. The reference voltage source outputs a reference voltage corresponding to a proportionality constant indicating a proportional relationship between the infrared intensity and the output of the divider, and the multiplier multiplies the output of the divider by the reference voltage to generate an infrared detection signal. Output.
【００１７】なお、図１には示されていないけれど、請
求項１に記載されている信号処理回路は、差動増幅器
７、ロックインアンプ８、割算回路９を含む回路であ
る。請求項２に記載されている不平衡電圧検出回路は、
差動増幅器７、ロックインアンプ８を含む回路である。Although not shown in FIG. 1, the signal processing circuit described in claim 1 is a circuit including a differential amplifier 7, a lock-in amplifier 8, and a division circuit 9. The unbalanced voltage detection circuit according to claim 2 is
This is a circuit including a differential amplifier 7 and a lock-in amplifier 8.
【００１８】赤外線検出素子１は金属酸化物、またはセ
ラミック材料、あるいは半導体材料で形成され、熱分離
構造を有する熱型検出素子である。赤外線検出素子１の
受光部に赤外線が入射すると、入射前の素子抵抗Ｒ１が
ｒ１に変化して赤外線を検出することができる。素子２
は赤外線検出素子１と同じ材料で形成され、かつ熱分離
構造を有し、さらに、入射赤外線に対して感度を持たな
いように、赤外線を透過しない材料によって受光部が遮
蔽されている素子である。素子２は、赤外線入射前の赤
外線検出素子１の抵抗値Ｒ１に等しい抵抗値をもつよう
に形成されている。素子３及び素子４は赤外線検出素子
１と同じ材料で形成されている。しかし、これらの素子
３，４は、熱分離構造を持たず入射赤外線に対して応答
しないように形成された素子である。素子３と素子４は
同一構造であるので、素子３の抵抗値と素子４の抵抗値
は等しく、かつ、抵抗ー温度特性（抵抗の温度係数）も
等しい。The infrared detecting element 1 is a thermal detecting element made of a metal oxide, a ceramic material, or a semiconductor material and having a thermal isolation structure. When infrared light enters the light receiving portion of the infrared detecting element 1, the element resistance R1 before the incident changes to r1 and the infrared light can be detected. Element 2
Is an element formed of the same material as the infrared detecting element 1 and having a thermal isolation structure, and furthermore, the light receiving portion is shielded by a material that does not transmit infrared light so as to have no sensitivity to incident infrared light. . The element 2 is formed so as to have a resistance value equal to the resistance value R1 of the infrared detection element 1 before the infrared light is incident. The element 3 and the element 4 are formed of the same material as the infrared detecting element 1. However, these elements 3 and 4 have no thermal isolation structure and are formed so as not to respond to incident infrared rays. Since the element 3 and the element 4 have the same structure, the resistance value of the element 3 and the resistance value of the element 4 are equal, and the resistance-temperature characteristics (temperature coefficient of resistance) are also equal.
【００１９】このように、本実施形態の信号増幅回路
は、まず熱分離構造をもつ赤外線検出素子１と熱分離構
造を持たない素子３を直列に接続し（以下、第１の直列
接続と記す）、同様に熱分離構造をもつ素子２と熱分離
構造を持たない素子４を直列に接続し（以下、第２の直
列接続と記す）、これら２つの直列接続を並列接続して
ブリッジ回路を構成する。このブリッジ回路の両端に交
流電源６から振幅がＶｂの交流バイアスを印加して、赤
外線検出素子１と素子３との接続点（ホイートストンブ
リッジ回路の第１の検出端子）からの出力ΔＶ１と、素
子２と素子４との接続点（ホイートストンブリッジ回路
の第２の検出端子）からの出力ΔＶ２をそれぞれ差動増
幅器７に入力し、さらに差動増幅器７からの出力と交流
バイアス電源６の出力をロックインアンプ８に入力して
同期整流して出力電圧（不平衡信号）ΔＶを得る。As described above, in the signal amplifying circuit of this embodiment, first, the infrared detecting element 1 having the thermal isolation structure and the element 3 having no thermal isolation structure are connected in series (hereinafter, referred to as a first serial connection). Similarly, an element 2 having a thermal isolation structure and an element 4 having no thermal isolation structure are connected in series (hereinafter, referred to as a second series connection), and these two series connections are connected in parallel to form a bridge circuit. Constitute. An AC bias having an amplitude of Vb is applied to both ends of the bridge circuit from an AC power supply 6, and an output ΔV1 from a connection point (a first detection terminal of the Wheatstone bridge circuit) between the infrared detection elements 1 and 3 and an element An output ΔV2 from a connection point (the second detection terminal of the Wheatstone bridge circuit) between the element 2 and the element 4 is input to the differential amplifier 7, and the output from the differential amplifier 7 and the output from the AC bias power supply 6 are locked. The signal is input to the in-amplifier 8 and synchronously rectified to obtain an output voltage (unbalanced signal) ΔV.
【００２０】赤外線検出素子１の動作温度の変動に起因
するドリフトは、前記ブリッジ回路によって実質的に補
償される。しかし、出力電圧ΔＶはバイアス電圧に比例
するので、交流バイアス電源の振幅Ｖｂが動作温度の変
動によって変動すると、出力電圧ΔＶも変化する。一般
に交流バイアス電源の温度変動は約１００ｐｐｍ／℃
で、ロックインアンプ８からの出力電圧ΔＶも同程度の
影響を受ける。The drift caused by the fluctuation of the operating temperature of the infrared detecting element 1 is substantially compensated by the bridge circuit. However, since the output voltage ΔV is proportional to the bias voltage, if the amplitude Vb of the AC bias power supply fluctuates due to a change in the operating temperature, the output voltage ΔV also changes. Generally, the temperature fluctuation of the AC bias power supply is about 100 ppm / ° C.
Therefore, the output voltage ΔV from the lock-in amplifier 8 is affected by the same degree.
【００２１】この影響を除去するために、ロックインア
ンプ８の出力ΔＶを割り算回路９に入力する。割り算回
路９の除算器は、ΔＶを交流バイアス電圧の振幅Ｖｂで
除算し、乗算器は、除算器の除算結果Ｖ／Ｖｂと直流基
準電圧Ｖｄｃとを乗算し、電圧信号Ｖｓ＝（ΔＶ／Ｖ
ｂ）×Ｖｄｃを赤外線検出信号として出力する。直流基
準電源の電圧Ｖｄｃの温度変動は１ｐｐｍ／℃程度であ
るので、本発明の増幅回路により動作温度変動による赤
外線検出素子１の出力変動は約１／１００に低減され
る。In order to eliminate this effect, the output ΔV of the lock-in amplifier 8 is input to a division circuit 9. The divider of the dividing circuit 9 divides ΔV by the amplitude Vb of the AC bias voltage, and the multiplier multiplies the division result V / Vb of the divider by the DC reference voltage Vdc to generate a voltage signal Vs = (ΔV / V
b) Output xVdc as an infrared detection signal. Since the temperature fluctuation of the voltage Vdc of the DC reference power supply is about 1 ppm / ° C., the output fluctuation of the infrared detecting element 1 due to the operation temperature fluctuation is reduced to about 1/100 by the amplifier circuit of the present invention.
【００２２】前掲の実施形態の変形例として、本発明の
第２の実施形態においては、図１の熱型赤外線検出回路
に設けられている赤外線検出素子１が、熱分離構造を有
する熱型赤外線検出素子であり、また、素子２、素子３
及び素子４が赤外線検出素子１と同じ材料で形成され、
かつ、熱分離構造を有し、さらに、これらの素子３，
４，５が入射赤外線に対して感度を示さないように、赤
外線を透過しない材料で受光部上を遮蔽した素子に形成
されている。As a modified example of the above-described embodiment, in the second embodiment of the present invention, the infrared detecting element 1 provided in the thermal infrared detecting circuit of FIG. Element 2 and element 3
And the element 4 is formed of the same material as the infrared detecting element 1,
And it has a heat separation structure,
The elements 4 and 5 are formed on elements whose light receiving portions are shielded with a material that does not transmit infrared rays so that they do not exhibit sensitivity to incident infrared rays.
【００２３】本発明の第３の実施例においては、図１の
熱型赤外線検出回路に設けられている赤外線検出素子１
が熱分離構造を有する熱型赤外線検出素子であり、素子
２、素子３及び素子４が赤外線検出素子１と同じ材料で
形成されているが熱分離構造を備えておらず、入射赤外
線に対して応答しない素子として形成されている。In the third embodiment of the present invention, the infrared detecting element 1 provided in the thermal infrared detecting circuit of FIG.
Is a thermal infrared detecting element having a heat separating structure, and elements 2, 3, and 4 are formed of the same material as the infrared detecting element 1, but do not have a heat separating structure, and It is formed as a non-responsive element.
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は次の効果
を有する。 １）ボロメ−タ型赤外線検出素子および同素子の抵抗温
度係数と同じ抵抗温度係数の負荷抵抗によってホイート
ストンブリッジ回路を構成することにより、ボロメ−タ
型赤外線検出素子の動作温度変動に起因する信号ドリフ
トを相殺することが出来る。 ２）ボロメ−タの感度がバイアス電圧に比例することに
起因する赤外線検出信号のドリフトを除去するために、
同期整流した信号出力（不平衡信号）をバイアス電圧で
除算することにより、交流バイアス電圧の振幅が変動し
ても信号電圧のドリフトを相殺することができる。As described above, the present invention has the following effects. 1) A signal drift caused by a fluctuation in the operating temperature of the bolometer-type infrared detection element by forming a Wheatstone bridge circuit with a bolometer-type infrared detection element and a load resistance having the same temperature coefficient of resistance as that of the bolometer-type infrared detection element Can be offset. 2) To eliminate the drift of the infrared detection signal due to the bolometer sensitivity being proportional to the bias voltage,
By dividing the synchronously rectified signal output (unbalanced signal) by the bias voltage, the drift of the signal voltage can be canceled even if the amplitude of the AC bias voltage fluctuates.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明のボロメ−タ型赤外線検出回路の構成図
である。FIG. 1 is a configuration diagram of a bolometer-type infrared detection circuit according to the present invention.
【図２】従来のボロメ−タ型赤外線検出回路の構成図で
ある。FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional bolometer-type infrared detection circuit.
１ ボロメ−タ（赤外線検出用） ２ ボロメ−タ ３ 抵抗素子 ４ 抵抗素子 ５ 調整用抵抗 ６ 交流バイアス電源 ７ 差動増幅器 ８ ロックインアンプ ９ 割算回路 １０ ヘッドアンプ １１ 赤外線 REFERENCE SIGNS LIST 1 bolometer (for infrared detection) 2 bolometer 3 resistive element 4 resistive element 5 adjustment resistor 6 AC bias power supply 7 differential amplifier 8 lock-in amplifier 9 division circuit 10 head amplifier 11 infrared
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G065 AA04 AB02 BA12 BC03 BC04 BC05 BC07 BC14 BC16 CA21 DA01 2G066 BA09 BB11 BC11 CB03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2G065 AA04 AB02 BA12 BC03 BC04 BC05 BC07 BC14 BC16 CA21 DA01 2G066 BA09 BB11 BC11 CB03
Claims (7)
であり、第２の辺は比較抵抗で成り、該比較抵抗は前記
赤外線検出素子と同一の電気特性の温度係数をもつ抵抗
素子であり、第３の辺、および第４の辺は比例辺で、相
互に同一の電気特性の温度係数をもつ抵抗素子で成る、
ホイートストンブリッジの前記赤外線検出素子に赤外線
が入射したとき、該ホイートストンブリッジの検出端子
に発生する不平衡電圧を検出して入射赤外線検出信号を
生成する熱型赤外線検出回路において、 不平衡電圧を検出し、検出された不平衡電圧を、当該ホ
イートストンブリッジの電源端子に入力されている電源
電圧で除算し、その除算結果に比例した赤外線検出信号
を生成する信号処理回路を有することを特徴とする、熱
型赤外線検出回路。A first side is a bolometer-type infrared detecting element, and a second side is a resistance element having a temperature coefficient of the same electrical characteristic as that of the infrared detecting element. , The third side, and the fourth side are proportional sides, and are made of resistive elements having the same temperature coefficient of electric characteristics.
When infrared light enters the infrared detecting element of the Wheatstone bridge, an unbalanced voltage generated at a detection terminal of the Wheatstone bridge is detected to generate an incident infrared detection signal. A signal processing circuit that divides the detected unbalanced voltage by the power supply voltage input to the power supply terminal of the Wheatstone bridge and generates an infrared detection signal proportional to the result of the division. Type infrared detection circuit.
リッジの検出端子に発生する前記不平衡電圧を検出して
不平衡信号として出力する不平衡電圧検出回路と、除算
器と基準電圧源と乗算器を備えた割算回路とを有し、除
算器は、前記不平衡信号と前記電源電圧とを入力して該
不平衡信号を前記電源電圧で除算し、前記基準電圧源
は、赤外線強度と除算器の出力との間の比例関係を示す
比例定数に対応する基準電圧を出力し、乗算器は、除算
器の出力に基準電圧を乗算して赤外線検出信号として出
力する、請求項１に記載の回路。2. A signal processing circuit comprising: an unbalanced voltage detection circuit for detecting the unbalanced voltage generated at a detection terminal of a Wheatstone bridge and outputting the unbalanced signal as an unbalanced signal; a divider, a reference voltage source, and a multiplier. A divider circuit, wherein the divider receives the unbalanced signal and the power supply voltage and divides the unbalanced signal by the power supply voltage, and the reference voltage source is configured to calculate an infrared intensity and a divider. 2. The circuit according to claim 1, wherein a reference voltage corresponding to a proportionality constant indicating a proportional relationship with an output of the divider is output, and the multiplier multiplies the output of the divider by the reference voltage and outputs the result as an infrared detection signal. .
離構造を有する熱型赤外線検出素子であり、第２の辺
は、赤外線検出素子と同じ材料で形成され熱分離構造を
有するが赤外線に対して感度をもたない素子であり、比
例辺である第３、第４の辺を構成する抵抗素子は、前記
赤外線検出素子と同じ材料で形成された熱分離構造をも
たない素子である請求項１に記載の回路。3. The bolometer type infrared detecting element is a thermal type infrared detecting element having a heat separating structure, and a second side is formed of the same material as the infrared detecting element and has a heat separating structure. The element having no sensitivity, and the resistance elements forming the third and fourth sides, which are proportional sides, are elements having no thermal isolation structure formed of the same material as the infrared detection element. The circuit according to claim 1.
を構成する４つの素子のうち、ボロメータ型赤外線検出
素子は熱分離構造を有する熱型赤外線検出素子であり、
第２、第３、第４の辺を構成する抵抗素子は前記赤外線
検出素子と同じ材料で形成され熱分離構造を有するが赤
外線に対して感度をもたない素子である請求項１に記載
の回路。4. A bolometer type infrared detecting element among four elements constituting each side of the Wheatstone bridge circuit is a thermal type infrared detecting element having a heat separation structure,
2. The element according to claim 1, wherein the resistance elements forming the second, third, and fourth sides are formed of the same material as the infrared detection element and have a thermal isolation structure, but do not have sensitivity to infrared light. circuit.
を構成する４つの素子のうち、ボロメータ型赤外線検出
素子は、熱分離構造を有する熱型赤外線検出素子であ
り、第２、第３、第４の辺を構成する抵抗素子は前記赤
外線検出素子と同じ材料で形成され熱分離構造をもたな
い素子である請求項１に記載の回路。5. A bolometer type infrared detecting element among the four elements constituting each side of the Wheatstone bridge circuit is a thermal type infrared detecting element having a heat separating structure, and a second, a third and a fourth type. 2. The circuit according to claim 1, wherein the resistance element forming the side is an element formed of the same material as the infrared detection element and having no thermal isolation structure.
平衡電圧検出回路は、ホイートストンブリッジの検出端
子に発生する前記不平衡電圧を差動増幅する差動増幅回
路と、前記差動増幅回路の出力を前記交流電圧に同期し
て整流して不平衡信号として出力するロックイン増幅回
路を有する、請求項２に記載の回路。6. The power supply voltage is an AC voltage, the unbalanced voltage detection circuit differentially amplifies the unbalanced voltage generated at a detection terminal of a Wheatstone bridge, and the differential amplification circuit. 3. The circuit according to claim 2, further comprising a lock-in amplifier circuit that rectifies an output of the second input terminal in synchronization with the AC voltage and outputs the output as an unbalanced signal.
であり、第２の辺は比較辺で前記赤外線検出素子と同一
の電気特性の温度係数をもつ抵抗素子であり、第３の
辺、および第４の辺は比例辺で、相互に同一の電気特性
の温度係数をもつ抵抗素子であるホイートストンブリッ
ジの、前記赤外線検出素子に赤外線が入射したとき、該
ホイートストンブリッジの検出端子に発生する不平衡電
圧を検出して入射赤外線強度を定める赤外線強度測定方
法において、検出された不平衡電圧を、当該ホイートス
トンブリッジの電源端子に印加されている電源電圧で除
算し、その除算結果に比例して入射赤外線強度を定める
ことを特徴とする、赤外線強度測定方法。7. A first side is a bolometer-type infrared detecting element, a second side is a resistance element having a temperature coefficient of the same electrical characteristic as that of the infrared detecting element on a comparative side, and a third side is: And the fourth side is a proportional side, and when infrared rays are incident on the infrared detecting element of the Wheatstone bridge, which is a resistance element having the same temperature coefficient of electrical characteristics, there is no error generated at the detection terminal of the Wheatstone bridge. In the infrared intensity measurement method for determining the incident infrared intensity by detecting the equilibrium voltage, the detected unbalanced voltage is divided by the power supply voltage applied to the power terminal of the Wheatstone bridge, and the incident light is proportional to the division result. An infrared intensity measuring method, comprising determining an infrared intensity.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10200681A JP2000028436A (en) | 1998-07-15 | 1998-07-15 | Thermal infrared-ray detecting circuit |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP10200681A JP2000028436A (en) | 1998-07-15 | 1998-07-15 | Thermal infrared-ray detecting circuit |
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|---|---|
| JP2000028436A true JP2000028436A (en) | 2000-01-28 |
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ID=16428488
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| JP10200681A Pending JP2000028436A (en) | 1998-07-15 | 1998-07-15 | Thermal infrared-ray detecting circuit |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000028436A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004320553A (en) * | 2003-04-17 | 2004-11-11 | Asahi Kasei Microsystems Kk | Compensating circuit |
| JP2011510274A (en) * | 2008-01-19 | 2011-03-31 | テスト アクチエンゲゼルシャフト | Thermal camera |
| JP2011252722A (en) * | 2010-05-31 | 2011-12-15 | Tdk Corp | Heat detection device |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0719807A (en) * | 1993-06-24 | 1995-01-20 | Nec Corp | Distortion amount detecting device and driving circuit and amplification circuit for it |
| JPH07209234A (en) * | 1994-01-25 | 1995-08-11 | Fuji Electric Co Ltd | Semiconductor gas sensor |
-
1998
- 1998-07-15 JP JP10200681A patent/JP2000028436A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0719807A (en) * | 1993-06-24 | 1995-01-20 | Nec Corp | Distortion amount detecting device and driving circuit and amplification circuit for it |
| JPH07209234A (en) * | 1994-01-25 | 1995-08-11 | Fuji Electric Co Ltd | Semiconductor gas sensor |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004320553A (en) * | 2003-04-17 | 2004-11-11 | Asahi Kasei Microsystems Kk | Compensating circuit |
| JP2011510274A (en) * | 2008-01-19 | 2011-03-31 | テスト アクチエンゲゼルシャフト | Thermal camera |
| JP2011252722A (en) * | 2010-05-31 | 2011-12-15 | Tdk Corp | Heat detection device |
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